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Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniversitet, 2005. / Härtill 4 uppsatser.

A necessidade de se considerar o sedimento na análise da qualidade de corpos de água motivou a realização desse estudo, visando contribuir para o estabelecimento de protocolos de testes com o anfípoda Hyalellla, critérios para a avaliação da toxicidade de sedimentos de água doce e um quadro da situação atual das principais bacias do Estado de São Paulo, em termos ecotoxicológicos. Desta forma, inicialmente, foi comparada a sensibilidade de duas espécies de Hyalella, ou seja H. azteca e Hyalella sp., adotando diferentes substâncias e sedimentos. Também comparou-se a taxa de fecundidade e sobrevivência destas duas espécies em determinadas condições de cultivo. Após a escolha da espécie teste mais adequada, Hyalella azteca, foram avaliadas diferentes condições de cultivo (tipo e quantidade de alimento) e de ensaio (sistema estático e semi-estático, razão de sedimento e água 1:4 e 1:2, os critério de avaliação sobrevivência e crescimento) com amostras de sedimento, apresentando diferentes graus de contaminação. Esse estudo permitiu estabelecer uma condição de cultivo (100 organismos em recipientes com 2,5L de água natural ou reconstituída, a planta aquática Elódea como substrato e, como alimento, ração de coelho granulada mais uma solução de ração de peixe digerida, levedura e óleo de prímula). Esta condição permitiu obter um número médio de jovens/fêmea/semana de H. azteca de 9,2 com um desvio padrão de 2,7. Para avaliar a condição de ensaio que melhor representaria as do ambiente, os resultados dos testes de toxicidade com Hyalella azteca foram comparados com dados químicos e da comunidade bentônica, de amostras coletadas no mesmo local e data. Dessa forma verificou-se que a melhor condição de teste de toxicidade, com a duração de 10 dias, com H. azteca foi em sistema semi-estático com trocas de água a cada dois dias, adotando a razão de sedimento e água de 1:2 e avaliando a mortalidade e o crescimento. A partir desses dados, foram elaborados critérios que expressam classes de qualidade de sedimentos, ou seja: bom, quando o sedimento não apresentou toxicidade; regular, efeito sub-letal (redução do crescimento); ruim, mortalidade <50% e péssimo, mortalidade >=50%. Esse critério foi aplicado nos estudos realizados para avaliação da qualidade dos sedimentos em 12 das 22 das Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos, para os quais foram compilados e selecionados dados ecotoxicológicos, além de químicos e da comunidade bentônica, quando disponíveis. A análise integrada desses resultados, utilizando classes de qualidade para as variáveis químicas, ecotoxicológicas e índices para a comunidade bentônica, permitiu estabelecer uma melhor avaliação da qualidade dos sedimentos. Além disso, verificou-se a importância de se integrar outros dados, como deformidade em Chironomus e teste de mutagenicidade, para se confirmar ou não a presença e estabelecer possíveis grupos de compostos, que poderiam estar causando impactos na comunidade de organismos que vivem no sedimento. A integração dessas diferentes linhas de evidências é que permitiu o estabelecimento do diagnóstico ou das análises a serem realizadas para se determinar o tipo de agentes estressores que possam estar presentes em um dado local em estudo. Portanto, testes de toxicidade se mostraram úteis e necessários na caracterização e em estudos para avaliar e identificar a qualidade de sedimentos, e devem ser adotados no monitoramento, junto com outras variáveis. / The need to include the sediment evaluation in the quality assessment of surface waters, motivated this study, in order to contribute to the establishment of testing protocols with the amphipod Hyalella, to toxicity evaluation criteria. It was also motivated by a lack of a survey of the São Paulo State freshwater quality sediment watersheds situation in terms of toxicity. Initially, the sensitivity of two Hyallela species, H. azteca and Hyalella sp. (previously named H. meinerti), were compared using different substances and sediment samples. The rates of fecundity and survival of these two species were compared in standardized culture conditions. After the selection of the most suitable species, Hyalella azteca, different culturing conditions (food type and quantity) and assays design (semi-static and static system, water/sediment ratio 1:2 and 1:4, evaluation criteria for survival and growth) were studied using sediment with different contamination levels. The best culturing conditions were: 100 organisms/2.5 liters of natural or reconstituted water; the aquatic plant Elodea as substrate and rabbit granulated food plus a mixture of digested fish food, yeast and primula oil. Adopting this culturing conditions it was possible to obtain 9.2 juvenile Hyalella azteca for each female/week with a standard error of 2.7 for around three months. In order to evaluate the best test conditions, the toxicity tests results were compared with chemical analysis and benthic community data. These results were obtained with samples collected in the same sites and at the same time. The analyses of the results showed that the best condition for 10 days exposition time was semi-static system with water exchange every two days, 1:2 sediment/water ratio and evaluation of mortality and growth as endpoints. Based in these results, a toxicity criteria that express sediment quality classes were elaborate. The classes established were: good, when the sediment was non toxic, regular when sublethal effect were observed (growth reduction), bad, when the mortality was less than 50% and extremely bad, when mortality was equal or greater than 50%. These criteria were applied to analyze toxicity data from different sediment quality studies performed in 12 from the 22 Freshwater Watershed Management Units of São Paulo State that were compiled and selected, using ecototoxicological, chemical and benthic community data when available. Only using sediment classes for these three variables it was possible to establish the sediment quality of the survey data. Other variables (benthic deformities and mutagenicity) were considered important to confirm, or not, the presence and establish the possible chemical groups that could be causing effects on benthic organisms. Only by the integration of these different evidence lines it was possible to define the sediment quality or which analyses should to be done in order to point out the stressor types that could be present at the studied sites. The conclusion was that toxicity tests with aquatic organisms are reliable and necessary for the quality evaluation and identification of toxicity of the sediments and should be used in monitoring studies together with other tools.

A necessidade de se considerar o sedimento na análise da qualidade de corpos de água motivou a realização desse estudo, visando contribuir para o estabelecimento de protocolos de testes com o anfípoda Hyalellla, critérios para a avaliação da toxicidade de sedimentos de água doce e um quadro da situação atual das principais bacias do Estado de São Paulo, em termos ecotoxicológicos. Desta forma, inicialmente, foi comparada a sensibilidade de duas espécies de Hyalella, ou seja H. azteca e Hyalella sp., adotando diferentes substâncias e sedimentos. Também comparou-se a taxa de fecundidade e sobrevivência destas duas espécies em determinadas condições de cultivo. Após a escolha da espécie teste mais adequada, Hyalella azteca, foram avaliadas diferentes condições de cultivo (tipo e quantidade de alimento) e de ensaio (sistema estático e semi-estático, razão de sedimento e água 1:4 e 1:2, os critério de avaliação sobrevivência e crescimento) com amostras de sedimento, apresentando diferentes graus de contaminação. Esse estudo permitiu estabelecer uma condição de cultivo (100 organismos em recipientes com 2,5L de água natural ou reconstituída, a planta aquática Elódea como substrato e, como alimento, ração de coelho granulada mais uma solução de ração de peixe digerida, levedura e óleo de prímula). Esta condição permitiu obter um número médio de jovens/fêmea/semana de H. azteca de 9,2 com um desvio padrão de 2,7. Para avaliar a condição de ensaio que melhor representaria as do ambiente, os resultados dos testes de toxicidade com Hyalella azteca foram comparados com dados químicos e da comunidade bentônica, de amostras coletadas no mesmo local e data. Dessa forma verificou-se que a melhor condição de teste de toxicidade, com a duração de 10 dias, com H. azteca foi em sistema semi-estático com trocas de água a cada dois dias, adotando a razão de sedimento e água de 1:2 e avaliando a mortalidade e o crescimento. A partir desses dados, foram elaborados critérios que expressam classes de qualidade de sedimentos, ou seja: bom, quando o sedimento não apresentou toxicidade; regular, efeito sub-letal (redução do crescimento); ruim, mortalidade <50% e péssimo, mortalidade >=50%. Esse critério foi aplicado nos estudos realizados para avaliação da qualidade dos sedimentos em 12 das 22 das Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos, para os quais foram compilados e selecionados dados ecotoxicológicos, além de químicos e da comunidade bentônica, quando disponíveis. A análise integrada desses resultados, utilizando classes de qualidade para as variáveis químicas, ecotoxicológicas e índices para a comunidade bentônica, permitiu estabelecer uma melhor avaliação da qualidade dos sedimentos. Além disso, verificou-se a importância de se integrar outros dados, como deformidade em Chironomus e teste de mutagenicidade, para se confirmar ou não a presença e estabelecer possíveis grupos de compostos, que poderiam estar causando impactos na comunidade de organismos que vivem no sedimento. A integração dessas diferentes linhas de evidências é que permitiu o estabelecimento do diagnóstico ou das análises a serem realizadas para se determinar o tipo de agentes estressores que possam estar presentes em um dado local em estudo. Portanto, testes de toxicidade se mostraram úteis e necessários na caracterização e em estudos para avaliar e identificar a qualidade de sedimentos, e devem ser adotados no monitoramento, junto com outras variáveis. / The need to include the sediment evaluation in the quality assessment of surface waters, motivated this study, in order to contribute to the establishment of testing protocols with the amphipod Hyalella, to toxicity evaluation criteria. It was also motivated by a lack of a survey of the São Paulo State freshwater quality sediment watersheds situation in terms of toxicity. Initially, the sensitivity of two Hyallela species, H. azteca and Hyalella sp. (previously named H. meinerti), were compared using different substances and sediment samples. The rates of fecundity and survival of these two species were compared in standardized culture conditions. After the selection of the most suitable species, Hyalella azteca, different culturing conditions (food type and quantity) and assays design (semi-static and static system, water/sediment ratio 1:2 and 1:4, evaluation criteria for survival and growth) were studied using sediment with different contamination levels. The best culturing conditions were: 100 organisms/2.5 liters of natural or reconstituted water; the aquatic plant Elodea as substrate and rabbit granulated food plus a mixture of digested fish food, yeast and primula oil. Adopting this culturing conditions it was possible to obtain 9.2 juvenile Hyalella azteca for each female/week with a standard error of 2.7 for around three months. In order to evaluate the best test conditions, the toxicity tests results were compared with chemical analysis and benthic community data. These results were obtained with samples collected in the same sites and at the same time. The analyses of the results showed that the best condition for 10 days exposition time was semi-static system with water exchange every two days, 1:2 sediment/water ratio and evaluation of mortality and growth as endpoints. Based in these results, a toxicity criteria that express sediment quality classes were elaborate. The classes established were: good, when the sediment was non toxic, regular when sublethal effect were observed (growth reduction), bad, when the mortality was less than 50% and extremely bad, when mortality was equal or greater than 50%. These criteria were applied to analyze toxicity data from different sediment quality studies performed in 12 from the 22 Freshwater Watershed Management Units of São Paulo State that were compiled and selected, using ecototoxicological, chemical and benthic community data when available. Only using sediment classes for these three variables it was possible to establish the sediment quality of the survey data. Other variables (benthic deformities and mutagenicity) were considered important to confirm, or not, the presence and establish the possible chemical groups that could be causing effects on benthic organisms. Only by the integration of these different evidence lines it was possible to define the sediment quality or which analyses should to be done in order to point out the stressor types that could be present at the studied sites. The conclusion was that toxicity tests with aquatic organisms are reliable and necessary for the quality evaluation and identification of toxicity of the sediments and should be used in monitoring studies together with other tools.

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Silver nanoparticles (AgNPs) are expected to enter aquatic systems, but there are limited data on how they might affect microbial communities in pathogen impaired streams. We examined microbial community responses to citrate-AgNP (10.9 ± 0.7 nm) and polyvinylpyrrolidone (PVP)-AgNP (11.0 ± 0.7 nm) based on microbial concentration and enzyme activity in sediment from a pathogen impaired stream. Addition of each nanoparticle to sediment caused at least a 69% decrease in microbial concentration (1,264 ± 93.6 to 127 ± 29.5 CFU/g) and a 62% decrease in β-glucosidase activity (11.7 ± 2.1 to 1.3 ± 0.3 μg/g/h). Each AgNP reduced alkaline phosphatase activity but their effects were not statistically significant. Sediment exposed to 0.108 mg Ag/kg of AgNO3 resulted in a 92% decrease in microbial concentration and a reduced enzyme activity which was not statistically significant. Measured total silver in sediments treated with AgNPs which exhibited significant inhibition effects on the microbial community ranged from 0.19 ± 0.02 to 0.39 ± 0.13 mg Ag/kg. These concentrations tested in this study are much lower than the expected concentrations (2-14 mg Ag/kg) in freshwater sediments. The results of this study demonstrate that AgNPs can alter microbial community activity and population size, which may lead to false negative fecal indicator bacteria detection and enumeration using methods that rely on β-glucosidase activity. We conclude that the presence of AgNPs in impaired streams and recreational waters can influence pathogen detection methods, potentially affecting public health risk estimates.